基于UG的XZC車銑后置處理構(gòu)建技術(shù)研究

何多政，郭 輝，沈 勇，許鋒國

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200)

計(jì)算機(jī)輔助編程是借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，通過人機(jī)交互方式，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷和仿真驗(yàn)證，輸出滿足機(jī)床控制系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)，利用CNC的高精度插補(bǔ)運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件按照預(yù)定數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)，制造出滿足特定功能和外觀的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)型向產(chǎn)品實(shí)物的轉(zhuǎn)變。高端車銑復(fù)合加工中心和多軸加工中心，其后置處理一直是復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)控化加工實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。國外主要集中在三大方向開展了大量的研究：一是CAM軟件根據(jù)特定機(jī)床，定制開發(fā)后置處理的“交鑰匙工程”，如TOP SOLID；二是遵照ISO標(biāo)準(zhǔn)輸出APT數(shù)據(jù)，運(yùn)用第三方軟件，按特定機(jī)床系統(tǒng)開發(fā)后置處理，如IMPOST；三是在開放的基本架構(gòu)下，結(jié)合機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，如UG[1]。目前UG后置處理方面，國內(nèi)的數(shù)控研究人員做了許多探索，主要集中在進(jìn)退刀過程、切削開始、刀具參數(shù)等的注釋、程序頭尾的輸出格式和順序，而致力于車銑鉆鏜等多模塊的后置處理方面較少。本文主要探索XZC類車銑復(fù)合機(jī)床(見圖1)在車削、銑削和鉆削加工數(shù)控編程時(shí)，如何開發(fā)出后處理時(shí)能夠根據(jù)加工類型自動(dòng)識(shí)別并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，盡可能實(shí)現(xiàn)覆蓋機(jī)床全部功能的集中集成輸出的后處理文件。

a) 機(jī)床

1 NX/Post定制后處理的流程

本文以哈挺XZC類車削中心機(jī)床為例，主要通過NX/Post建立和機(jī)床控制系統(tǒng)相關(guān)的事件處理文件和事件定義文件，利用Post Builder修改事件處理文件(.tcl)和事件定義文件(.pui)，完成機(jī)床后處理，輸出符合機(jī)床控制系統(tǒng)要求的NC代碼(見圖2)。

圖2 利用Post Builder定制后處理流程

2 基于UG變量XZC類機(jī)床后處理的架構(gòu)

根據(jù)UG CAM模塊與Post Builder的關(guān)聯(lián)特性，可通過系統(tǒng)接口變量$mom_template_type識(shí)別平面銑、型腔銑、多軸銑、鉆削和車削操作，并在后置處理中利用$mom_kin_machine_type變量重新定義機(jī)床類型，實(shí)現(xiàn)XZC類機(jī)床后置。在XZC類機(jī)床UG后置處理構(gòu)建過程，涉及大量后置處理變量，諸如機(jī)床變量、系統(tǒng)變量、事件變量(包括用戶定義事件UDE)、屬性變量、位置變量、輸出控制變量、固定循環(huán)變量、旋轉(zhuǎn)進(jìn)給變量、時(shí)間統(tǒng)計(jì)變量、軸矢量變量等，均可查閱張磊[2]在UG NX6后處理技術(shù)培訓(xùn)教程相關(guān)章節(jié)的有關(guān)論述?；赨G NX6.0版本的XZC類機(jī)床后處理架構(gòu)如圖3所示。

圖3 XZC類機(jī)床UG后置處理框架圖

3 后處理方案設(shè)計(jì)

后處理系統(tǒng)是聯(lián)系CAD/CAM軟件和數(shù)控機(jī)床的重要紐帶，直接影響到數(shù)控機(jī)床加工效果和設(shè)備利用率。后處理最重要的任務(wù)是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合特定數(shù)控系統(tǒng)、特定結(jié)構(gòu)機(jī)床及工作空間的加工程序。后置處理主要任務(wù)包含機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)變換、運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換、程序輸出等內(nèi)容。只有采用正確的后置處理才能將刀位軌跡文件轉(zhuǎn)化為適合特定數(shù)控機(jī)床的數(shù)控程序。

3.1 初始化運(yùn)動(dòng)方案(MOM_initial_move)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)哈挺XZC類車削中心C軸分度或XZC聯(lián)動(dòng)的動(dòng)力刀頭銑削加工，依據(jù)哈挺機(jī)床說明書和UG的刀軸定義，按照動(dòng)力頭的順序控制要求，定制機(jī)床動(dòng)力頭安裝運(yùn)行的M碼以及C軸的鎖緊條件和輸出M碼。在初始化運(yùn)動(dòng)前，設(shè)置相關(guān)代碼，保證笛卡爾坐標(biāo)下屏蔽Y軸輸出符合要求的NC代碼；極坐標(biāo)插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)C軸輸出功能；刀軸沿徑向、軸向安裝時(shí)，刀具正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的冷卻液啟動(dòng)與關(guān)閉；卡盤鎖緊、松弛相關(guān)功能設(shè)置等。

if {![string match "*POLAR*" $mom_machine_method]} {

MOM_disable_address Y 笛卡爾坐標(biāo)輸出時(shí)屏蔽Y軸

if {$mom_motion_type != "CYCLE"} {

MOM_disable_address R 在鉆孔操作時(shí)輸出安全平面

}

} else {

setmom_sys_leader(Y) "C" 極坐標(biāo)插補(bǔ)時(shí)C坐標(biāo)輸出

}

if {![string match "*turn*" $mom_template_type]} { 針對(duì)銑削操作的環(huán)境

MOM_output_literal "M23" 取消卡盤鎖緊

MOM_output_literal "G0 C0." XZC類加工C軸回零

setmom_spindle_number 3 根據(jù)機(jī)床定義設(shè)定動(dòng)力頭為3

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis(2) 1.0]} { 動(dòng)力頭刀軸沿軸向安裝

if {[string match "*CCW*" $mom_spindle_direction]} { 刀具反轉(zhuǎn)

if { $mom_coolant_status != "ON" } { 不加冷卻液

setmom_install_staus 51 刀軸沿軸向安裝，反轉(zhuǎn)、不加冷卻液——M51

} else {

setmom_install_staus 53 刀軸沿軸向安裝，反轉(zhuǎn)、加冷卻液——M53

}

} else {省略部分代碼 } else {

MOM_disable_address fourth_axis fifth_axis 對(duì)車削屏蔽旋轉(zhuǎn)軸

}

3.2 運(yùn)動(dòng)前的方案(PB_CMD_before_motion)設(shè)計(jì)

為滿足XZC類機(jī)床車銑和車削后置的需要，根據(jù)UG模塊的功能$mom_template_type和刀軸定義，強(qiáng)制定義軸向安裝動(dòng)力頭為XZC車銑(徑向可通過UDE用戶自定義)，其余動(dòng)力銑削為極坐標(biāo)插補(bǔ)銑模式，車削由模塊選用激活。此部分設(shè)置直接關(guān)系到后處理的NC代碼是否與車削、銑削模塊具有對(duì)應(yīng)性，如在車削時(shí)能自動(dòng)識(shí)別，且正確輸出NC代碼。

if {[string match "*multi*" $mom_template_type]} { 多軸加工

if {[info existsmom_machine_method]} {

if {[string match "MILL_TURN" $mom_machine_method]} {

setmom_machine_method "MILL_TURN" 用戶事件UDE中激活車銑模式

}

} else {

setmom_machine_method "MILL" 默認(rèn)為極坐標(biāo)插補(bǔ)銑削模式

}

} else {

if {[string match "*pl*" $mom_template_type] || [string match "*cont*" $mom_template_type]} {

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis(2) 1.0]} { 定軸加工時(shí)，刀軸平行于軸向時(shí)

setmom_machine_method "MILL_TURN" 默認(rèn)為車銑模式

} elseif {[info existsmom_machine_method]} {

if {[string match "MILL_TURN" $mom_machine_method]} {

setmom_machine_method "MILL_TURN" 用戶事件UDE中激活車銑模式

}

} else {

setmom_machine_method "MILL" 默認(rèn)為極坐標(biāo)插補(bǔ)銑削模式

}

}

if {[string match "*drill*" $mom_template_type]} {

setmom_machine_method "MILL_TURN" 鉆削時(shí)默認(rèn)為車銑模式

}

}

if {[string match "*turn*" $mom_template_type]} { 車削操作時(shí)

setmom_kin_dependent_head "NONE"

setmom_kin_independent_head "NONE"

setmom_kin_arc_output_mode "FULL_CIRCLE" 允許圓弧運(yùn)動(dòng)

setmom_kin_machine_type "lathe" 設(shè)定機(jī)床類型為車

MOM_reload_kinematics 機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)重新加載

}

3.3 機(jī)床運(yùn)動(dòng)前的方案(PB_CMD_kin_before_motion)設(shè)計(jì)

XZC類機(jī)床UG后置處理笛卡爾和極坐標(biāo)輸出控制圖如圖4所示。

圖4 XZC類機(jī)床UG后置處理笛卡爾和極坐標(biāo)輸出控制圖

3.4 機(jī)床XZC車銑的方案(PB_CMD_kin_init_mill_xzc)設(shè)計(jì)

依據(jù)UG操作模塊和刀軸矢量關(guān)系，定義系統(tǒng)軸的矢量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭加工的零點(diǎn)位置。

if {[string match "*drill*" $mom_template_type]} { 鉆削操作時(shí)

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis_type 1]} { 刀軸類型為指定矢量時(shí)

setmom_sys_spindle_axis(0) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(1) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(2) 1.0 設(shè)定軸向?yàn)橄到y(tǒng)軸適量為1

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis(2) 0.0]} { 刀軸矢量為軸向時(shí)

setmom_sys_spindle_axis(0) 1.0 設(shè)定徑向?yàn)橄到y(tǒng)軸適量為1

setmom_sys_spindle_axis(1) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(2) 0.0

}

}

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis_as_arc_axis 1.0] || [EQ_is_equal $mom_tool_axis_type 2} { 使用圓弧軸鉆削加工時(shí)

setmom_sys_spindle_axis(0) 1.0 設(shè)定徑向?yàn)橄到y(tǒng)軸適量為1

setmom_sys_spindle_axis(1) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(2) 0.0

}

} else {銑削操作時(shí)

if {[EQ_is_equal $mom_tool_axis(2) 1.0]} {

setmom_sys_spindle_axis(0) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(1) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(2) 1.0 設(shè)定軸向?yàn)橄到y(tǒng)軸適量為1

} else {

setmom_sys_spindle_axis(0) 1.0 設(shè)定徑向?yàn)橄到y(tǒng)軸適量為1

setmom_sys_spindle_axis(1) 0.0

setmom_sys_spindle_axis(2) 0.0

}

}

3.5 機(jī)床固定循環(huán)G代碼的方案設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)床徑向和軸向鉆鏜固定循環(huán)功能相同、G代碼不同的情況，根據(jù)機(jī)床固定循環(huán)定義，按照下列要求進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)諸如刀尖半徑補(bǔ)償、G74自動(dòng)鉆孔、G90固定切削、G76自動(dòng)螺紋切削循環(huán)等特征編程。XZC類機(jī)床固定循環(huán)UG后置處理改進(jìn)圖如圖5所示。

圖5 XZC類機(jī)床固定循環(huán)UG后置處理改進(jìn)圖

4 后處理方案驗(yàn)證

為驗(yàn)證搭建的后處理生成的NC代碼符合XZC類機(jī)床車削復(fù)合功能需求，采用45A工藝試件進(jìn)行功能驗(yàn)證，零件結(jié)構(gòu)如圖6所示，在總長50 mm的φ25 mm圓柱一端銑16 mm×16 mm×30 mm的長方體，周向加工6—φ6 mm的孔，軸向正中心鉆1個(gè)φ6 mm的孔，與距端面12.5 mm的徑向孔φ12 mm相貫穿。加工刀具分別選用φ12合金立銑刀平面銑加工平面和輪廓，φ6的合金鉆頭加工孔[3-5]。

a) 試件尺寸圖

XZC類機(jī)床不存在Y軸，加工軌跡是在ZX平面內(nèi)的曲線(Y軸方向無相對(duì)移動(dòng))。在銑削或車銑加工前，先啟動(dòng)C軸，調(diào)用動(dòng)力頭指令[6-8]。下述為銑削軸向四方16×16程序段：

%

；(XLK.TXT,EMD12,MINZ=20.000)

M0;(TD=12.0 TOOL DIAMETER)

N010;(G0 B-90.) %提示動(dòng)力頭安裝位置

N0020 G40 G17 G90 G21

N0030 M98 P1 %調(diào)用安全位置子程序

N0040 T10

N0050 M23 %啟動(dòng)C軸功能

N0060 G0 C0

N0070 M52 P3 %調(diào)用動(dòng)力頭

N0080 M201 %液壓卡盤松開夾持

N0090 G90 G54 G0 C-90.

N0100 X40. Z105.

N0110 S3000 M3

N0120 Z52.

…

N1420 M5 %關(guān)閉動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)

N1430 M9 %關(guān)閉冷卻液

N1440 M24%取消C軸功能

N1450 M201

N1460 G90 G53 G0 Z500.

N1470 M2

%

Vericut7.0.3端面、徑向銑削加工驗(yàn)證如圖7所示。

a) 端面

通過Vericut7.0.3虛擬仿真及試件切削驗(yàn)證可知：根據(jù)UG構(gòu)建的后置處理能滿足車、銑、鉆削功能，能自動(dòng)生成符合機(jī)床NC格式的系統(tǒng)通用操作指令，且切削仿真與編程軌跡一致，無殘留、過切現(xiàn)象，后置數(shù)據(jù)符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)公差[9]。利用Post Builder修改事件處理文件和事件定義文件搭建后處理的方法，可高效開發(fā)XZC類機(jī)床的車削復(fù)合功能，工件在車削中心上一次裝夾后，按不同工序，自動(dòng)選擇、更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助機(jī)能，能依次完成工件幾個(gè)面上多工序的三軸聯(lián)動(dòng)銑削加工，突破車削、鉆削或極坐標(biāo)加工的單一功能局限，可減少工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使車削中心的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開動(dòng)時(shí)間的80%左右(普通機(jī)床僅為15%～20%)；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

5 結(jié)語

結(jié)合機(jī)床說明書，應(yīng)用UG軟件Post Builder開發(fā)了XZC類機(jī)床后置處理，能夠快捷實(shí)現(xiàn)UG自動(dòng)編程中車、銑、孔等操作的程序后處理，文中對(duì)后處理創(chuàng)建從初始化運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)前設(shè)置、機(jī)床運(yùn)動(dòng)前、車銑、固定循環(huán)G代碼實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了系統(tǒng)講解，并對(duì)構(gòu)建的后處理生成NC代碼，采用Vericut仿真及切削驗(yàn)證，證明了車銑復(fù)合加工具有可靠性、高效高精度等特點(diǎn)[10]。文中的快速搭建XZC后處理構(gòu)建方法和思路對(duì)獨(dú)立完成任意復(fù)雜機(jī)床后處理的工程人員有較強(qiáng)的啟迪與幫助。